【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面改性和粉末冶金，特别是设计一种电子封装cu-sip复合材料的制备方法。
技术介绍
1、以金刚石、石墨、sic等材料为增强体的cu基复合材料，具有高导热、高导电、低膨胀等特点，是重要的电子封装材料。cu-sip复合材料相比于cu-金刚石、cu-sic复合材料，制备原料简单便捷，成本更低，并且具有优异的机加工性能，因此在电子封装领域具有广阔的应用前景。然而，在制备cu-si复合材料过程中，cu和si在高温下极易发生界面扩散反应生成cu3si、cu5si等脆性相，不仅提高材料的硬度和脆性，而且削弱其热物理性能和机加工性能。如何在抑制cu-si界面反应，成为制备高性能cu-si复合材料急需突破的关键点。
2、金属基复合材料的制备工艺可分为三大类，固态制造技术、液态制造技术和表面复合技术，具体工艺多种多样，包括熔炼铸造法、粉末冶金、热等静压、喷射沉积法和原位自生成技术等。熔炼铸造法工艺简单、成本廉价、可生产大尺寸铸锭十分适用于工业生产；但是当熔炼过程中细小尺寸(10～30μm)的粉末与熔体润湿性较差时，粉末易出现团聚现象；同时剧烈地搅拌也会加剧熔体氧化，以及吸入大量孔隙，致使基体中存在孔隙等缺陷。因此，使用熔炼铸造制备金属基复合材料时，需要采取相应措施来提高增强体和基体的润湿性，和抑制金属基体氧化等。
3、粉末冶金技术是最早用于制备金属基复合材料的方法之一，与熔炼铸造相比，可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织，并且增强体的含量不受限制，尺寸也可以在较大范围调节。另外，部分传统
4、制备性能优异的金属基复合材料，除了选择合适的制备工艺，也需要采取一定的措施调控基体与增强体的结合强度。为改善金属基体与增强体的界面结合状态，可采取的方法有改变合金成分、增强体表面改性、施加压力等。增强体表面改性，即通过物理或者化学办法在增强体表面形成一层稳定的金属或金属化合物薄膜。通过增强体表面金属化，可以提高增强金属基体与增强体材料的润湿性，也可以作为扩散阻挡层来抑制金属基体与增强体发生有害的界面反应，从而获得具有良好性能的金属基复合材料。
5、常用的粉末表面改性工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、化学镀法以及真空微蒸发镀法等。磁控溅射法属于物理气相沉积方法，工艺简单，可在高温或低温下喷溅任何材料，但存在粉末表面膜层厚度不均匀和镀覆率低的缺点。化学气相沉积法相比于物理气相沉积，具有粉末表面镀覆率和膜层均匀性更高的优点，但是工艺产生废气需要进一步处理从而提高了成本。溶胶—凝胶法操作简单且无污染物生成，制成的膜层结构均匀致密，但是其膜层质量受溶胶凝胶浓度、干燥温度等因素的影响，要实现大规模工业化生产还需进一步优化工艺参数。
6、综上所述，cu-sip复合材料是一种具有很大潜力的电子封装材料，然而其制备面临两相界面反应和成形控制的关键技术难题。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的在于，提供一种电子封装cu-sip复合材料及其制备方法，本专利技术为制备性能优异的cu-sip复合材料，首先要在制备过程中抑制cu-si发生界面扩散反应，本专利技术首先使用溶胶—凝胶法在si粉表面形成一层金属w膜，稳定且不与cu和si发生反应的w膜能够很好的起到扩散阻挡作用；其次通过粉末热压将cu-si混合粉末烧结成形，还可以进一步处理提高材料致密度和结合性能。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种电子封装cu-sip复合材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1：si粉的表面预处理：对si粉进行清洗和粗化，去除si表面的油渍和金属离子；
5、s2：溶胶—凝胶涂覆si颗粒：使用单质w粉与过氧化氢溶液制备得到过氧钨酸溶胶，将si粉倒入过氧钨酸溶胶中搅拌、过滤和干燥；
6、s3：si粉氢气还原：将s2处理后的si粉在高温下进行氢气还原，还原温度为800～900℃，还原时间为30～60min，得到si@w复合粉末；
7、s4：重复镀覆：将s3得到的si@w复合粉末使用酒精清洗，然后将si@w复合粉末替代s2中的si粉重复进行s2、s3若干次；
8、s5：cu-sip复合材料制备：将cu粉和s4处理后得到的si@w复合粉末混合均匀后置于模具中，通过热压成形得到电子封装cu-sip复合材料。
9、cu-sip复合材料作为一种新型电子封装材料，具有高导热、高导电、低膨胀等特点，但其制备技术仍存在较大难度，原因在于高温下cu和si会发生激烈的界面反应而生成cu3si、cu5si等脆性相，极大地削弱了材料的力学和热物理性能。本专利技术使用溶胶—凝胶法在si粉表面形成一层金属w膜，w膜稳定且不与cu和si发生反应，能够很好的起到扩散阻挡作用；其次通过粉末热压将cu和si@w混合粉末热压成形，提高材料致密度和结合性能。
10、其中：
11、所述步骤s3中，将s2表面涂覆后的si粉即s2处理后的si粉在氢气环境下还原，升温至还原温度为800～900℃，还原时间为30～60min，得到si@w复合粉末；其中，当温度逐渐上升至600℃时，si粉表面的氧化钨薄膜脱水缩聚转化成wo3，随着温度的上升，si粉表面的氧化物发生wo3→wo2→wo→w的转化。当温度继续上升至700℃时，开始有w单质生成，850～950℃下保温30～60min，si粉表面的氧化钨完全还原成单质w。
12、若仅仅靠s2和s3的一次涂覆、还原工艺得到的改性si@w粉，其表面w的含量不足以形成完整的膜结构，需要对复合粉末进行重复镀覆，提高表面金属w膜的完整性。所述步骤s4中，将第一次还原得到的si@w复合粉末使用酒精清洗，去除粉末中脱落的w颗粒，然后重复使用溶胶涂覆、干燥和还原工艺(步骤s2、s3)2～4次，直至si粉表面形成一层完整致密的金属w膜。
13、s5中，通过粉末热压将cu-si混合粉末热压成形，提高电子封装cu/sip复合材料的致密度和结合性能。
14、进一步地，s1中，对硅颗粒进行清洗和粗化的方法包括如下步骤：使用无水乙醇清洗si粉，在超声振动10min后，静置沉淀将上层废液与粉末分离，反复工艺三次，烘干后粉末用200目、500目的筛网过筛；然后将si粉倒入蒸馏水，85℃下加热并不断搅拌，缓慢滴加naoh溶液，溶液ph保持在9～10，加热搅拌30min后清洗过滤；然后，再将si粉倒入浓度为10％的kno3溶液，加热搅拌并缓慢滴加hf溶液，直至hf浓度为1％，95℃下持续搅拌30min后清洗过滤、粗化。本专利技术为提高si粉表面的镀覆效益，首先要对si粉进行清洗和粗化，去除si表面的油渍和金属离子，提高si颗粒表面的粗糙度；所述步骤s1中，si粉的表面具有明显的团聚现本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电子封装Cu-Sip复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的电子封装Cu-Sip复合材料的制备方法，其特征在于：S1中，对硅粉进行清洗和粗化的方法包括如下步骤：使用无水乙醇清洗Si粉，在超声振动10min后，静置沉淀将上层废液与粉末分离，反复工艺三次，烘干后粉末用200目、500目的筛网过筛；然后将Si粉倒入蒸馏水，85℃下加热并不断搅拌，缓慢滴加NaOH溶液，溶液PH保持在9～10，加热搅拌30min后清洗过滤；然后，再将Si粉倒入浓度为10％的KNO3溶液，加热搅拌并缓慢滴加HF溶液，直至HF浓度为1％，95℃下持续搅拌30min后清洗过滤、粗化。
3.根据权利要求1所述的电子封装Cu-Sip复合材料的制备方法，其特征在于：S2中，过氧钨酸溶胶的制备方法包括如下步骤：按1g:10ml的比例称取W粉和30wt％的过氧化氢溶液，将过氧化氢溶液滴入W粉，在冰水浴中不断搅拌24h，反应结束后得到澄清的淡黄色液体；然后，按体积比为过氧化氢:无水乙醇:冰醋酸倒＝4:3:1的比例加入冰醋酸和无水乙醇，将混合溶液搅拌均匀后置于5
4.根据权利要求1所述的电子封装Cu-Sip复合材料的制备方法，其特征在于：S2中，将Si粉倒入过氧钨酸溶胶中搅拌、过滤和干燥的方法包括如下步骤：，将制备好的过氧钨酸溶胶在85℃下加热浓缩，待溶液成胶状后，倒入清洗粗化后的Si粉，搅拌10～20min后过滤烘干，烘干温度为60～70℃，烘干时间为6～8h，最后得到表面包裹一层WO3·(nH2O)凝胶膜层的改性硅粉。
5.根据权利要求1所述的电子封装Cu-Sip复合材料的制备方法，其特征在于：S5中，在混合前，先用200目筛网分别筛分Cu粉和Si@W复合粉末；然后再将Si@W复合粉末、Cu粉与Φ10mm的氧化铝球混合，经行星球磨机球磨2h后，去除氧化铝球得到混合均匀的Cu和Si@W混合粉末。
6.根据权利要求1所述的电子封装Cu-Sip复合材料的制备方法，其特征在于：S5中，将混合均匀后的Cu和Si@W混合粉末倒入石墨模具，采用热压方法成形，热压温度为550～650℃，升温速率为10℃/min，施加压强为30～50MPa，保温保压30～60min后制得Cu-Si@W复合材料，即电子封装Cu-Sip复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种电子封装cu-sip复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的电子封装cu-sip复合材料的制备方法，其特征在于：s1中，对硅粉进行清洗和粗化的方法包括如下步骤：使用无水乙醇清洗si粉，在超声振动10min后，静置沉淀将上层废液与粉末分离，反复工艺三次，烘干后粉末用200目、500目的筛网过筛；然后将si粉倒入蒸馏水，85℃下加热并不断搅拌，缓慢滴加naoh溶液，溶液ph保持在9～10，加热搅拌30min后清洗过滤；然后，再将si粉倒入浓度为10％的kno3溶液，加热搅拌并缓慢滴加hf溶液，直至hf浓度为1％，95℃下持续搅拌30min后清洗过滤、粗化。
3.根据权利要求1所述的电子封装cu-sip复合材料的制备方法，其特征在于：s2中，过氧钨酸溶胶的制备方法包括如下步骤：按1g:10ml的比例称取w粉和30wt％的过氧化氢溶液，将过氧化氢溶液滴入w粉，在冰水浴中不断搅拌24h，反应结束后得到澄清的淡黄色液体；然后，按体积比为过氧化氢:无水乙醇:冰醋酸倒＝4:3:1的比例加入冰醋酸和无水乙醇，将混合溶液搅拌均匀后置于55℃的温水中加热回流12h，反应结束后得到淡黄...
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